BIM技術(shù)在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

傅超

摘? 要：建筑是一項(xiàng)統(tǒng)合了土木結(jié)構(gòu)、電氣系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)等多重結(jié)構(gòu)的綜合體，而在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中積極運(yùn)用新型信息技術(shù)不僅能夠有效提升建筑各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)性，同時(shí)還能夠?yàn)榻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化提供更大便利。BIM技術(shù)平臺(tái)能夠在前期決策、設(shè)計(jì)及后期施工中通過(guò)動(dòng)態(tài)展示對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)進(jìn)行剖析，因此受到建筑同仁的認(rèn)可。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);建筑工程;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);應(yīng)用

1BIM技術(shù)概述

BIM技術(shù)主要是通過(guò)構(gòu)建建筑信息模型，完整、清晰模擬建筑工程各個(gè)階段，可提前核驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，發(fā)現(xiàn)施工過(guò)程中可能出現(xiàn)的各種問(wèn)題，并提出相應(yīng)的解決措施，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案的全面調(diào)整與優(yōu)化，有效保障建筑工程質(zhì)量。與CAD技術(shù)相比，BIM技術(shù)具有以下優(yōu)勢(shì)。（1）可視化。BIM技術(shù)具有所見(jiàn)即為所得的特征，尤其適用于體量大、造型復(fù)雜的建筑物，通過(guò)三維模型的構(gòu)建可幫助設(shè)計(jì)人員以三維思考方式完成設(shè)計(jì)工作，有效提高整體設(shè)計(jì)質(zhì)量。（2）協(xié)調(diào)性。基于BIM平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)不同專(zhuān)業(yè)、不同設(shè)計(jì)人員在同一個(gè)模型中添加、修改、存儲(chǔ)建筑信息，有效提高了不同專(zhuān)業(yè)之間的交流與溝通效率;同時(shí)，BIM技術(shù)可提供碰撞檢查、4D動(dòng)態(tài)模擬等功能，由此實(shí)現(xiàn)不同建造階段的模擬協(xié)調(diào)，提前在設(shè)計(jì)階段解決可能出現(xiàn)的場(chǎng)地沖突、施工碰撞等問(wèn)題。（3）模擬性。具體包括4D施工模擬、5D模擬與造價(jià)控制，由此確定施工方案、進(jìn)度與設(shè)備材料供求時(shí)間表，并快速生成工程預(yù)算，實(shí)現(xiàn)工程成本的有效控制。（4）優(yōu)化性。借助BIM技術(shù)可快速進(jìn)行方案對(duì)比與優(yōu)化，有效保障設(shè)計(jì)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。（5）出圖性。基于BIM三維模型展示、協(xié)調(diào)、模擬以及優(yōu)化，可快速生成綜合管線(xiàn)圖、結(jié)構(gòu)留洞圖、施工圖、碰撞檢查偵錯(cuò)報(bào)告、建議改進(jìn)方案等。

2結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)運(yùn)用BIM技術(shù)的特點(diǎn)

在進(jìn)行全過(guò)程設(shè)計(jì)的時(shí)候，可以合理的使用BIM技術(shù)，通過(guò)協(xié)同設(shè)計(jì)來(lái)整合不同專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容，讓BIM正向設(shè)計(jì)流程能夠更加完整、更加科學(xué)。BIM設(shè)計(jì)流程可以與很多專(zhuān)業(yè)要求相匹配，實(shí)際應(yīng)用時(shí)BIM作用在結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)中有以下幾個(gè)主要特點(diǎn)：第一，可以建立計(jì)算分析模型，讓建筑信息模型有更好的應(yīng)用價(jià)值，另外還能增加專(zhuān)業(yè)工作量，提高模型一致性，讓模型信息更加豐富;第二，可以使用平法標(biāo)注來(lái)表達(dá)施工圖紙，平法標(biāo)注會(huì)以平面的方式表達(dá)配件標(biāo)高尺寸這一系列的信息，BIM設(shè)計(jì)則可以把相應(yīng)的設(shè)計(jì)信息投射到三維模型中，通過(guò)軟件處理后可以實(shí)現(xiàn)本土化應(yīng)用;第三，結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)包含配筋信息，BIM技術(shù)難以完成鋼筋建模;第四，建立好計(jì)算模型后可以做結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)的施工圖，但是一旦需要更改，就要做大量的計(jì)算、改動(dòng)，才能讓施工圖得到相應(yīng)的修正，成本浪費(fèi)比較大，無(wú)法靈活修改。

3建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的BIM應(yīng)用

3.1控制設(shè)計(jì)過(guò)程

建筑工程項(xiàng)目本身是一個(gè)周期較長(zhǎng)的建筑工程活動(dòng)，在開(kāi)展建筑工程活動(dòng)之前需要制定嚴(yán)格的建筑工程規(guī)劃來(lái)對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行指導(dǎo)。如果建筑工程規(guī)劃或設(shè)計(jì)方案存在問(wèn)題就會(huì)影響建筑工程的整體質(zhì)量以及無(wú)法按照合同約定的周期完工的風(fēng)險(xiǎn)，這會(huì)對(duì)企業(yè)造成嚴(yán)重的危害，甚至?xí)斐韶?fù)面的社會(huì)影響。為了解決這種狀況，越來(lái)越多的施工企業(yè)開(kāi)始引入BIM技術(shù)來(lái)指導(dǎo)施工過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)施工過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。通過(guò)建立與建筑工程相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)，使得數(shù)據(jù)能夠反映在三維模型當(dāng)中，通過(guò)可視化系統(tǒng)對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行調(diào)整使得建筑工程結(jié)構(gòu)的科學(xué)性得到有效發(fā)揮，最終能夠保質(zhì)保量地完成施工項(xiàng)目。

3.2優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

基于BIM結(jié)構(gòu)模型可有效優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，提高建筑經(jīng)濟(jì)性、安全性、舒適性，具體如下。（1）碰撞分析。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，Revit任一文件可鏈入幾個(gè)Revit模型，整合不同專(zhuān)業(yè)進(jìn)行碰撞檢查。該項(xiàng)目通過(guò)Revit鏈接、碰撞分析功能，對(duì)結(jié)構(gòu)模型、機(jī)電模型進(jìn)行檢查，并生成沖突報(bào)告，指導(dǎo)不同專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整與優(yōu)化。碰撞沖突報(bào)告分析顯示，水電井間梁寬較大，對(duì)電井存在不利影響;上部剪力墻設(shè)置時(shí)未考慮首層入口開(kāi)門(mén)需求。對(duì)此，可按圖元ID自動(dòng)定位圖元位置，并進(jìn)行修改操作;刷新界面，并二次檢測(cè)是否存在沖突，有效提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效率與質(zhì)量。（2）材料統(tǒng)計(jì)?；贐IM結(jié)構(gòu)模型可通過(guò)“材質(zhì)提取”功能，統(tǒng)計(jì)不同對(duì)象的材質(zhì)用量。例如，可自動(dòng)生成混凝土用量;在“管理”選項(xiàng)中填寫(xiě)制造商、成本等信息，初步形成預(yù)算。根據(jù)甲方要求，該項(xiàng)目剪力墻邊緣構(gòu)件、梁的箍筋使用HPB235級(jí)鋼筋，強(qiáng)度設(shè)計(jì)為210N/m2，構(gòu)件受力較大時(shí)選用Φ10mm或Φ12mm鋼筋。根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，Φ10mmHPB235鋼筋價(jià)格與三級(jí)鋼HRB400接近，該項(xiàng)目利用Revit統(tǒng)計(jì)鋼筋用量并計(jì)算成本，經(jīng)對(duì)比顯示，當(dāng)使用Φ10mm及以上的HPB235級(jí)鋼筋時(shí)，可將其替換為三級(jí)鋼，以此降低鋼筋使用成本。根據(jù)配筋方案即可完成施工圖繪制工作，可見(jiàn)，BIM技術(shù)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。

3.3制作三維模型

BIM技術(shù)通過(guò)信息化技術(shù)作為基礎(chǔ)，利用建筑相關(guān)軟件來(lái)對(duì)建筑工程的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定或修改。這項(xiàng)工作可以通過(guò)BIM技術(shù)的三維模型建造來(lái)進(jìn)行輔助，設(shè)計(jì)人員能夠通過(guò)三維模型對(duì)建筑結(jié)構(gòu)整體以及局部進(jìn)行清晰的了解，并對(duì)其中的數(shù)據(jù)或參數(shù)進(jìn)行修改。建筑整體以三維的模式在電腦中進(jìn)行有效的展示，設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)在電腦中操作三維模型并對(duì)三維模型中所展示出來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，也可以通過(guò)三維模型對(duì)建筑所具備的功能來(lái)進(jìn)行查看或?qū)徍?。相比較傳統(tǒng)的建筑審核模式，通過(guò)三維模型能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)審核模式無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能，例如對(duì)于建筑中某個(gè)結(jié)構(gòu)的受力情況，BIM三維模型能夠清晰的計(jì)算和展示某一個(gè)結(jié)構(gòu)的具體受力參數(shù)，甚至能夠?qū)ㄖ鼗惺艿闹亓M(jìn)行計(jì)算。這種計(jì)算和展示對(duì)于建筑物項(xiàng)目的正常開(kāi)展有著非常重要的作用。隨著現(xiàn)代建筑的層數(shù)越來(lái)越高、結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，在沒(méi)有引入BIM的狀態(tài)下，很難想象如何對(duì)建筑物的各個(gè)部分或整體的受力情況進(jìn)行計(jì)算和分析。通過(guò)三維模型的放大對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行分解，審核人員便能夠?qū)Y(jié)構(gòu)的科學(xué)性以及整體設(shè)計(jì)方案的可行性有著清晰的了解。通過(guò)三維模型除了能夠?qū)ㄖ锏氖芰η闆r進(jìn)行模擬和反應(yīng)之外還可以通過(guò)BIM技術(shù)來(lái)對(duì)建筑物當(dāng)中所需要安裝的各類(lèi)設(shè)備、管道、電氣設(shè)備進(jìn)行模擬，這能夠有效的加強(qiáng)建筑物內(nèi)部設(shè)備安裝的合理性，這是傳統(tǒng)平面設(shè)計(jì)圖紙根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能。

3.4綠色建筑中的應(yīng)用

綠色設(shè)計(jì)是當(dāng)前我國(guó)建筑行業(yè)所推崇的重要設(shè)計(jì)思路，也是在低碳理念的背景下所能夠獲得的最佳方案，然而在進(jìn)行綠色設(shè)計(jì)的過(guò)程中存在較大的困難，綠色設(shè)計(jì)受到周邊環(huán)境影響和外部環(huán)境影響較大。為了解決這個(gè)問(wèn)題設(shè)計(jì)人員在通過(guò)BIM進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)更多的考慮建筑物所處環(huán)境對(duì)建筑物本身的影響，例如是否能夠通過(guò)對(duì)建筑物設(shè)計(jì)過(guò)程中光照所帶來(lái)的影響，進(jìn)行調(diào)整使得建筑物能夠更多的應(yīng)用自然光，這些設(shè)計(jì)都應(yīng)當(dāng)依據(jù)人體所能夠感受到的最適宜的溫度和環(huán)境作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。例如在進(jìn)行建筑屋頂設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)對(duì)待選材料進(jìn)行甄別或?qū)嶒?yàn)。要選擇本身具備較好的隔熱保溫能力的材料，使得在季節(jié)發(fā)生轉(zhuǎn)換時(shí)室內(nèi)仍然保持較為穩(wěn)定的溫度，降低人們使用制冷制熱設(shè)備的頻率，實(shí)現(xiàn)了建筑物的節(jié)能效果。

4結(jié)論

綜上所述，在建筑工程項(xiàng)目實(shí)施中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是重要環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)整體安全性、可靠性，也影響實(shí)際施工可行性、經(jīng)濟(jì)性。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，通過(guò)BIM技術(shù)的運(yùn)用可有效提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效率，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，工程實(shí)踐中必須根據(jù)項(xiàng)目情況合理選擇BIM軟件進(jìn)行建模，并落實(shí)相關(guān)碰撞檢查、材料統(tǒng)計(jì)、模擬分析等工作，以此提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性、可靠性，有效保障建筑質(zhì)量。

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